Конструкция покрытия – монолитная ж/б плита, толщиной 80 мм, армированная сеткой из арматуры диаметром 6 мм с ячейкой 150х150 мм, уложенная по металлическим балкам из двутарвов №14. Шаг балок – 1,2 м. Пролёт балок 5,88 м. Балки опираются на кирпичные стены с одной стороны и продольную несущую балку из двух двутавров №24 в середине пролёта здания с другой стороны. Продольная балка опирается на несущие стены по краям и металлические колонны, расположенные с шагом 5,2 м по длине балки.
Бетон класса – В20 (Rb = 117 кгс/см2). Расчётное сопротивление стали Ry = 2350 кгс/см2.
Поверх существующей монолитной плиты смонтирована ж/б плита, толщиной 120 мм из бетона класса В25, армированная сеткой из арматуры диаметром 10 мм класса А500С с ячейкой 100х100 мм (Rs = 4430 кгс/см2). Плита опирается на продольную несущую балку и стены здания.
Состав планируемого кровельного покрытия: тротуарная плитка δ=40 мм, слой щебня δ=100 мм, теплоизоляция Пеноплекс δ=100 мм. На покрытии планируется размещение минибара (эксплуатационная нагрузка 1,5 кПа, согласно таб.8.3, п.9(б) СП 20.13330.2016).
| Сбор нагрузок на покрытие
Таблица 1 |
||||
| № п/п | Наименование | Вес конструкции, кг/м2 | Коэф-т надежн. по нагрузке | Расчётная нагрузка, кг/м2 |
| 1 | Постоянная нагрузка | |||
| 1.1 | Тротуарная плитка, δ=40 мм | 72 | 1,2 | 86,4 |
| 1.2 | Щебень, δ=100 мм | 200 | 1,2 | 240 |
| 1.3 | Пеноплекс, δ=100 мм | 50 | 1,2 | 60 |
| 1.4 | Вес бетонной плиты δ = 120 мм | 300 | 1,1 | 330 |
| Итого: | 622 | — | 716,4 | |
| 2 | Временная нагрузка | |||
| 2.1 | Снеговая нагрузка | 153 | 1,4 | 214,2 |
| Итого: | 153 | — | 214,2 | |
| ВСЕГО: | 775 | 930,6 | ||
*Согласно примечаниям таб.8.3 СП 20.13330.2016 нагрузку поз.9 не следует учитывать одновременно со снеговой нагрузкой. За расчётную нагрузку принята снеговая нагрузка имеющая большее расчётное значение.
Определение несущей способности плиты покрытия, толщиной 120 мм
Максимальный изгибающий момент в середине пролёта:
Ммах = q*L2/8 = 930,6*5,882/8 = 4021,86 кг*м
Находим коэффициент A0:
A0 = M/(Rb* b*h02) = 402186 / (147,8*100*92) = 0,336
По таблице 2 методом интерполяции определяем требуемый коэффициент η, η =0,786
Таблица 2
Требуемая площадь сечения арматуры на 1 п.м ширины плиты вычисляется по формуле:
Fтр =M/(Ra* η * h0) = 402186 / (4430*0.786*9) = 12,83 см2
Sф = 10*0,785= 7,85 см2 < Fтр = 12,83 см2 – фактическая площадь сечения армирования меньше требуемой. Несущая способность ж/б плиты покрытия НЕ ДОСТАТОЧНА.
Несущая способность плиты покрытия, толщиной 120 мм не достаточна. Требуется усиление конструкции, либо уменьшение расчётной эксплуатируемой нагрузки до 650 кг/м2.
- Расчёт максимально допустимых нагрузок на металлические балки покрытия из двутавра №14
Сбор нагрузок
На 1 п.м балки покрытия действуют следующие нагрузки:
— от кровли и плиты покрытия 120 мм, по таб. 1 – 930,6 *1,2 = 1116,72 кг/м;
— от старой ж/б плиты, толщиной 80 мм – 0,08*2500*1,2*1,1 = 264 кг/м
— от собственного веса балки – 13,7*1,05 = 14,39 кг/м.
Итоговая нагрузка на балку: q = 1116,72 + 264 +14.39 = 1395,11 кг/м
Фактический момент сопротивления сечения балки покрытия из двутавра №14 по сортаменту ГОСТ 8239-89 составляет Wx = 81,7 см3.
Предельный изгибающий момент для данной балки составит: Мult = Wx*Ry* γc = 81.7*2350*0.9 = 172795.5 кг*см = 1727,955 кг*м.
Предельная допустимая расчётная нагрузка на 1 п.м балки составит: q = Mult*8/L2 = 1727,955 *8/5,882 = 399.8 кг/м
Фактическая нагрузка на двутавровую балку, с учётом восприятия части допустимой расчётной нагрузки плитой перекрытия (650 кг/м2) составит: 1395,11 – 1116,72 + ((930,6-650)*1,2) = 615,11 кг/м
Фактическая расчётная проектируемая нагрузка превышает предельно допустимую. Несущая способность балок НЕ ДОСТАТОЧНА для восприятия остаточных нагрузок от плиты покрытия.
Требуется усиление балок покрытия, путём установки дополнительных балок из двутавра №14 между существующими балками.
3. Расчёт продольных несущих металлических балок покрытия из двух двутавров №24
Сбор нагрузок
На 1 п.м продольной несущей балки покрытия действуют следующие нагрузки:
— от кровли и плиты покрытия 120 мм – 930,6*5,88 = 5471,93 кг/м;
— от металлических балок из двутавра 14 и ж/б плиты 80 мм – 278,4*6/1,2 = 1392 кг/м;
— от собственного веса балки – 27,3*2*1,05 = 57,33 кг/м.
Итоговая нагрузка на балку: q = 5471,93 +1392+57,33 = 6921,26 кг/м
Определение несущей способности
Максимальный изгибающий момент в середине пролёта составит:
МВ = q*L2/8 = 6921,26 *5,22/8 = 23393,86 кг*м
Находим требуемый момент сопротивления сечения:
Wтреб. = M/(Ry* γc) = 2339386 / (2350*0,9) = 1106,09 см3
Фактический момент сопротивления сечения по сортаменту для двух двутавров №24 составляет Wx = 289*2=578 см3, что меньше требуемого значения Wтреб. = 1106,09 см3.
Несущая способность балок НЕ ДОСТАТОЧНА для восприятия планируемых нагрузок.
Требуется усиление продольных балок путём увеличения их сечения навариванием стальных пластин к наружным рёбрам двутавров балки (t=8 мм с каждой стороны) и нижним полкам двутавров (t=14 мм по всей ширине балки).
Выводы.
- Несущая способность конструкций покрытия НЕ ДОСТАТОЧНА для восприятия планируемых нагрузок.
- Требуется усиление следующих конструкций покрытия:
— продольная несущая балка из двух двутавров №24 – увеличение сечения путём наваривания стальных пластин, толщиной 8 мм к наружным рёбрам двутавров с каждой стороны балки, и стальной пластины толщиной 14 мм к нижним полкам двутавров балки, на всю её ширину. Пластины приварить по всей длине балок прерывистым швом;
— поперечные балки из двутавров №14 – установить дополнительны балки из двутавров №14 между существующими балками для уменьшения шага балок с 1,2 до 0,6 м;
3. Вариант без усиления поперечных балок и плиты – уменьшение расчётной нагрузки на плиту покрытия 120 мм от конструкции пола до 105 кг/м2 (текущая расчётная нагрузка от конструкций пола – 386,4 кг/м2). При этом необходимо усилить продольную несущую балку из двух двутавров 24 путём приваривания к нижней полке пластины, толщиной 14 мм по всей длине и ширине сечения балки.